并发编程之线程基础

男花花
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此次为了自己复习，所以简单总结了下面试常见的一些线程基础知识点，如果有需要修正的地方欢迎大家随时指出

1、线程的几种状态

NEW 新建状态 

  • 当一个线程创建之后，如果还没有调用start()方法，此时就是NEW，新建状态

Runnable 可运行状态

  • 线程一旦调用start()方法，就会进入Runnable，Runnable又分为ready与running，ready也就是就绪状态，等待分配CPU资源，一旦分配到CPU资源，开始执行run()方法，就会进入running运行中状态

阻塞状态 （Blocked、Waiting、Timed Waiting统称为阻塞状态）

  • Blocked（被阻塞） 
    • 从Runnable到Blocked只有一种可能，那就是进入了synchronized 保护的代码时没有抢到 monitor 锁，当拿到 monitor 锁时又会进入Runnable
  • Waiting（等待） 
    • 进入Waiting有几种情况，通过调用Object.wait()、Thread.join()，LockSupport.park()等方法都会进入该状态，Blocked和Waiting的不同是Blocked在等待别的线程释放monitor锁，而Waiting是在等待某个条件，比如notify()/notifyAll()，或者join的线程执行完毕
  • Timed Waiting（计时等待） 
    • Timed Waiting和Waiting类似，只不过有时间限制，超时之后会由系统自动唤醒，Thread.sleep(long millis)、Object.wait(long timeout)、Thread.join(long millis)、LockSupport.parkNanos(long nanos) 等方法都会使线程进入该状态

Terminated（被终止）

  • run方法执行完毕正常退出、出现未捕获的异常都会使线程终止，我们也可以通过调用一些方法手动让线程终止，例如stop()、interrupt()方法，stop()方法会立刻停止当前线程，不会执行当前线程执行剩下的逻辑，可能会出现业务的完整性问题，现在已经不推荐使用；interrupt()方法不会终止线程，而是给线程打一个中断标记，可以通过调用interrupted()方法判断这个标记，来决定是否结束该线程

注意：

1、Blocked与Timed Waiting这俩种状态都会主动恢复为Runnable状态，但是Waiting状态比较特殊，需要搭配一些别的方法才会恢复，例如Object.wait()搭配Object.notify()/notifyAll()、LockSupport.park()搭配LockSupport.unpark()

2、线程的状态流转是按照以上描述的状态顺序所走的，NEW不可直接进入Blocked，需要通过Runnable才可以，并且线程的状态是不可逆转的，Runnable不可回退成NEW，Terminated也不可回退成Runnable

2、创建线程的方式

大家经常说创建线程的方式是实现Runnable接口和继承Thread类，或者是使用线程池与匿名类等等，其实这并不是创建线程的方式，创建线程的方式本质上其实只有一种，就是new Thread()，而Runnable接口和继承Thread类是实现线程执行内容的方式，并不是创建线程的方式；对于线程池而言，它使用线程工厂来创建的，而它底层最终还是调用的new Thread()，所以说线程池本质上也是使用的new Thread()来创建线程

3、实现Runnable接口和继承Thread类的区别

  • 底层实现
    • 实现Runnable接口的方式，在创建线程时将该类传进去，底层在run方法中调用了该类，以下为源码实现
// Thread属性
private Runnable target;
// Thread构造方法
public Thread(Runnable target) {
   init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
// Thread的run方法
public void run() {
   if (target != null) {
       target.run();    
   }
}
    • 继承Thread类的方式其实就是重写了Thread类的run()方法
  • Java是单继承，继承了Thread类就无法继承别的类，而实现Runnable接口的方式就没有该限制
  • 实现Runnable接口的方式可以看作将业务实现与Thread本身解偶，不干扰Thread本身
  • 在某些情况下，实现Runnable接口可以提高性能；使用继承Thread类的方式，在线程执行完被销毁之后，如果还想执行任务，就需要重新创建；而使用实现Runnable接口的方式，可将任务直接传进线程池，达到线程的复用
注：经过以上对比，相信大家已经很明显的看出来这俩种方式的区别，在工作中更适用于哪种

4、线程的一些常用方法

  • join()：保证线程之间可以串行执行，会阻塞主线程，等待当前调用的线程执行完run()方法后再执行join之后的代码
  • yield()：Thread方法，让出cpu资源给同优先级的线程获得执行机会，如果没有同优先级线程，则会继续执行当前线程
  • sleep(long millis)：Thread类方法，必须指定休眠时间，使当前线程阻塞，在同步代码中执行时不会释放monitor锁，超时之后会主动恢复
  • wait()：Object类方法，使当前线程阻塞，会释放monitor锁，并进入等待队列，等别的线程调用notify或者notifyAll时，线程会从等待队列进入到同步队列中
  • notify()：随机唤醒一个等待的线程进入同步队列中
  • notifyAll()：唤醒所有线程进入同步队列中 

注：wait() 方法必须在 synchronized 保护的同步代码中使用，并且wait()方法需要与notify()/notifyAll()搭配使用

5、多线程带来的性能问题

  • 上下文切换：CPU为了保证每个线程都有机会执行，在调度时就会引起上下文切换，上下文切换会挂起当前线程，唤醒别的线程，把资源分配给别的线程执行，上下文切换带来的开销是比较大的，如果我们要执行的代码非常快，那有可能上下文切换的开销比线程执行业务代码的性能开销还大
  • 缓存失效：CPU为了加快程序的性能，会将一些数据从内存中放置缓存中，从缓存中读取数据的速度要比从内存中读要很快，如果进行了线程调度，切换到别的线程，那原有的缓存有可能失效了，那么就需要缓存新的数据，这也会带来一定的性能开销
  • 协助开销：在使用多线程的时候，为了线程安全，经常会禁用编译器和CPU的重排序，有时为了数据的准确性，会不断的将工作内存中的数据刷到主内存中，主内存中的数据刷到工作内存中，这些也间接降低了性能

本次总结了一些线程的基础知识，并在最后引出了多线程，之后会着重总结线程池以及 JUC 并发工具




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